[发明专利]一种环境微生物检测方法和系统

说明书

技术领域

本发明属于生物工程领域，尤其涉及一种环境微生物检测方法和 系统。

背景技术

决定生物性状的蛋白质和RNA分子都是以DNA四种碱基的编 码序列形式，将信息储存于生物细胞中。这种DNA分子包含了生物 体的全套遗传信息。为了从整体角度去了解遗传信息的功能和作用， 最重要的一步是将该生物的全套遗传信息测定出来，即知道该生物所 有的DNA碱基排列顺序。传统的基因组测序主要采用“Sanger”法 测序技术，也称作“末端终止法”测序技术。这种测序方法的最大缺 点是：成本高、产量低。近年来，以Solexa为代表的“新一代高通 量测序技术”悄然兴起。以“边合成边测序”为原理的Solexa测序 技术，有效地改进了传统Sanger测序法的不足，具有成本低、通量 高、时间短、测序准确率高、操作简便等诸多优点。

微生物在自然界中是无处不在，无处不有的，数目巨大。微生物 对于地球上的生命是至关重要的，它们可以将重要的元素转换为能 量，保持大气中的化学平衡，为植物和动物提供养分。微生物还可以 用于实现许多商业目的，如制造抗生素、提高农业效率以及生产生物 燃料。此外还有一小部分微生物对人有害，导致各种疾病的发生。从 历史观点来看，微生物研究主要集中于研究个体物种。但大多数微生 物是以群落的形式存在于各种环境中(生物内环境、外环境、极端环 境等)，而无法在实验室里单独培养。对于环境中复杂的微生物群 落，传统的研究方法是针对特定的保守基因(如16S rRNA等)使用 PCR技术扩增后进行测序。通过对这些保守基因的进化分类分析， 从而将环境微生物进行分类。这是从物种、甚至较高的分类级别来对 环境微生物进行检测的方法。这种方法可以检测出环境中未知的微生 物，并且具有操作简单、技术完备、成本低廉等优点。但是随着微生 物研究的不断深入、已公布的微生物基因组数目日益增多，我们发现 基于保守基因测序的检测方法存在如下局限性：

1、无法识别痕量的物种。通过PCR扩增测序得到的都是丰度较 高物种的基因序列。对于丰度较低的物种，需要大量的Sanger测序 才能发现。

2、不能简单地由几个基因来对物种进行检测。通过对现有703 种细菌基因组序列的比较分析和对真实环境样品的16S rRNA测序分 析后发现：很多近缘物种的16S rRNA基因非常保守，几乎不存在差 异，但是在表型上、功能上却差异显著。

3、检测只能在物种或更高的分类级别上，所得到较高级别的分 类信息对以后的功能研究没有太大的作用。而即使是同一种细菌，不 同菌株之间也会存在很大差异。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环境微生物检测方法和系统，旨在解决 现有的环境微生物检测方法难以识别痕量的物种的问题。

本发明是这样实现的，一种环境微生物检测方法，所述方法包括下 述步骤：

采用高通量的测序技术对从环境样本中提取的DNA进行测序，得 到DNA标签序列；

去除所述DNA标签序列中存在的载体污染；

将去除载体污染后得到的DNA标签序列与已知数据库中的已知序 列进行比对，并根据比对结果确定所述DNA标签序列所属的分类。

作为一个实施例，该方法还包括下述步骤：

对已知数据库中的已知序列进行预处理，得到能唯一代表一个物种 的DNA序列片段；

计算特有序列中每一位碱基上DNA标签序列的覆盖次数，通过泊 松分布拟合得到特有序列的平均测序深度；

计算特有序列中有多少位碱基被DNA标签序列覆盖，从而得到特 有序列的覆盖度；

计算整条序列中有多少位碱基被DNA标签序列覆盖，从而得到整 条序列的覆盖度；

根据所述特有区域的平均测序深度、特有序列的覆盖度以及整条序 列的覆盖度判断出所述特有序列代表的物种被发现的可信度。

本发明的另一目的在于提供一种环境微生物检测系统，所述系统包 括：

DNA测序单元，用于采用高通量的测序技术对从环境样本中提取 的DNA进行测序，得到DNA标签序列；

载体污染去除单元，用于去除所述DNA标签序列中存在的载体污 染；